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Anordnung zur Hochspannungs-Gleichstromübeftragung Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Hochspannungs-Gleichstrotrwibertragung, in der ein Wechselstromnetz
über einen statischen Umrichter und einen Transformator mit einem Gleichstromnetz
verbunden ist. Es soll eine Anordnung geschaffen werden, die in ausreichender Weise
verhindert, daß Oberwellen, die im Umrichter erzeugt werden, sich im Wechselspannungsnetz
bemerkbar machen, die außerdem Uberströme, die beispielsweise durch Fehler auf der
Gleichstromseite erzeugt werden, in genügendem Maße begrenzt und die darüber hinaus
eine Verminderung des Gleichspannungsabfalles unter Lastbedingungen gewährleistet.
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An Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
sei die Erfindung näher erläutert.
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Die Figuren aa und Ib zeigen bekannte Anordnungen zur Hochspannungs-Gleichstromübertragung.
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In Fig. 2 ist eine äquivalente Anordnung dreiphasig dargestellt.
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Die Figuren fa, 3b, 3e, 3d und 3e zeigen mehrere Beispiele für
Parallelfilteranordrlungen,
wie sie in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden können.
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Die Fig. 4 zeigt eine Phase einer derartigen Parallelfilteranordnung
mit drei parallelgeschalteten Zweigen.
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Die Figuren 5a, 5b, 5c, 5d und 5e zeigen mehrere Beispiele von Oberwellensperrfiltern,
wie sie in der vorliegenden r findung angewendet werden können.
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Die Fig. 6 zeigt ganz allgemein eine Anordnung gemäß der Erfindung.
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In Fig. 7 ist eine äquivalente Anordnung ausführlicher unQ dreiphasig
dargestellt.
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Fig. 8 zeigt, daß eine derartige Anordnung beispielsweise einen Oberwellensperrfilter
enthalten kann, der aus zwei Teil filtern besteht, und daß mindestens einer der
beiden Parallelfilter zwei Parallel zweige aufweisen kann.
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Die Figuren 9a und 9b zeigen, daß in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung Kondensatoren zur Leistungsfaktorverbesserung eingesetzt werden können.
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Fig. 9c zeigt schließlich, daß ein Kondensator einer derartigen Anordnung
durch parallel liegende Anordnungen gegen Überspannungen geschützt werden kann.
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In Fig. la speist ein Dreiphasennetz 1 über einen Transformator 2
und einen statischen Stromrichter 3 die Klemmen Tl und T2
eines
Gleichspannungsnetzes. Mit Hilfe eines Parallelfilters 4 werden Verweilen abgeleitet.
Die eine Seite des Filters ist mit einem iu2lkt S der Übertragungsleitung verbunden,
uIld die andere Seite des Filters ist mit einem Punkt E verbunden, der Erdpotential
besitzt. Unter normalen Betriebsumständen und auch während der Kommu-t;ierungsperioden
des Umrichters erscheint am Punkt S eine im wesentlichen sinusförmige Spannung.
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Fig. ib eigt eine Anordnung, in der der Parallelfilter 4 einer eine
Tertiarwicklung 5 des Transformators angeschlossen ist. 1I1 der den Figuren la und
ib äquivalenten Anordnung der Fig. .9 ist die sinusförmige Spannung des Dreiphasennetzes
mit Ea, Eb, Ec bezeichnet. Die Kurzschlußspannung des Dreiphasennetzes ist durch
die Reaktanzen Xsa, Xsb und Xsc angedeutet.
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Die entsprechenden Streuinduktivitäten des Transformators 2 wurden
mit Xta, Xtb und Xtc symbolisiert. Der Stromrichter 3 besteht aus einer Dreiphasen-Brückenschaltung.
Die Punkte Sa, Sb und oc auf den Leitungen zwischen dem Dreiphasennetz und dem Transformator
2 sind über Parallelfilteranordnungen Fa, Fb bzw. Fc mit dem Erdpotential verbunden.
Die Spannung an den Punkten Sa, Sb bzw. Sc ist unter normalen Betriebsbedingungen
im wesentlichen sinusförmig. Die Streuinduktivitäten Xt des Transformators verursachen
einen ungewünschten Wechselspannungsatfill, insbesondere dann, wenn sie zwecks Uberstrombegrenzung
groß gemacht worden sind, darüber hinaus steigt auch der Gleicbspannungsabfall im
Normalbetrieb. Darüber hinaus steigt im allgemeinen der Preis des Transformators,
wenn die si. rei:indukti4it?jten des Transformators steigen. Diese Nachteile
werden
durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden.
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Ill FLr. G ist eine Anordnung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Diese Anordnung enthält eine Sperrfilteranordnung F3, die ungewünschte Oberwellen
verhindert, und zwei Parallelfilteranordnungen F1 und F2. Die Parallel filter Fi
bzw. F2 verbinden einen Punkt C zwischen dem Filter F3 und dem Transformator 2 bzw.
einen Punkt S zwischen der anderen Seite des Filters F3 und dem Dreiphasennetz 1
mit Erdpotential. Die in Fig. 6 eingesetzte Filteranordnung wird im allgemeinen
als -Glied bezeichnet. Die Anordnung gemäß der Erfindung stellt nicht nur sicher,
daß ungewünschte Oberwellen vom Dreiphasennetz 1 ferngehalten werden. Sie erhöht
auch die Wirtschaftlichkeit der Einrichtung. Sie erleichtert auch die Spannungsregelung
auf der Gleichstromseite unter Last und bewirkt eine wünschenswerte Strombegrenzung
im Störungsfall.
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Beim Auftreten von Uberströmen ist die Impedanz des Sperrfilters äußerst
wirkungsvoll, so daß der Transformator mit einer niedrigen Streuinduktivität ausgelegt
werden kann.
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Ohne die Wirkung der Impedanz des Sperrfilters wäre zwecks Begrenzung
des Stromes im Störungsfall eine wesentlich grössere Streuinduktivität erforderlich.
Ein weiterer Vorzug ist darin zu sehen, daß die vergleichsweise geringe Streuinduktivität
des Transformators einen kleinen Uberlappungswinkel des Stromrichters hervorruft,
wodurch der Gleichspsnnungs abfall bei Last verringert und die Spannungsregelung
erleich-.
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tert wird. In Anordnungen mit Stroiriohtern, die IIalbleiterelements,
beispielsweise Thyristoren, verwenden, die b6kenntlich sehr überlastungsempfindlich
sind, ergibt sich darüber
hinaus der Vorteil, daß diese Halbleiterelemente
auf Grund des durch die erfindungsgemäße Anordnung gewährten Schutzes in der Nähe
ihrer normalen Nenndaten betrieben werden können.
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Dadurch ist es möglich, eine entsprechende Einrichtung in wirtschaftlicher
Weise mit kleineren Stromrichterventilen und einem Stromrichtertransformator mit
vergleichsweise niedriger Streuinduktivität aufzubauen. In Anordnungen mit einem
aus Quecksilberdampfgefäßen aufgebauten Stromrichter ergibt sich der Vorteil, daB
die bei eventuellen Rückzündungen auftretenden Ströme durch die Impedanz des Sperrfilters
begrenzt werden.
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In der in Fig. 7 dreiphasig dargestellten äquivalenten Anordnung sind
in die drei Phasen der Ubertragungsleitung drei Sperrfilteranordnungen F3 eingeschaltet
und drei Parallelfilteranordnungen F1, die die Harmonischen vom Punkt C der drei
Phasen zur Erde ableiten und drei Parallelfilteranordnungen F2, die die Harmonischen
vom Punkt S gegen Erde ableiten. Die Parallelfilteranordnungen F1 und F2 können
in verschiedener Weise aufgebaut sein. Beispielsweise können sie aus einem Widerstand
und einem dazu in Reihe geschalteten Reihenresonanzkreis bestehen, wie z.B. in Fig.
3a dargestellt.
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Möglich sind auch verschiedenartig gedämpfte Hochpaßfilter, wie sie
in den Figuren 3b, 3c und 3d dargestellt sind. Wie in Fig. 3e dargestellt, können
die Parallelfilter Fl und F 2 selbstverständlich auch aus einem einfachen Parallelkondensator
bestehen. Als Beispiel für einen derartigen Parallelfilter ist in Fig. 4 für eine
Phase ein aus drei Parallelzweigen berthender Piltor dargestellt. Er enthält einen
Reihenresonanzkreis
6, der aus einem Kondensator, einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand besteht.
Dieser Zweig kann beispielsweise derartig abgestimmt sein, daß er die fünfte Harmonische
der Grundfrequenz des Dreiphasennetzes 1 ableitet. Der zweite Zweig 7 besteht ebenfalls
aus einem Kondensator, einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand, die in
Reihe geschaltet sind. Dieser Zweig kann so abgestimmt sein, daB er beispielsweise
die siebente Harmonische ableitet. Der dritte Zweig 8, der die elfte oder eine höhere
Harmonische ableiten mag, kann beispielsweise aus einem Kondensator und in Reihe
dazu aus der Parallelschaltung einer Induktivität und eines ohmschen Widerstandes
bestehen. Der unerwünschte Harmonische unterdrückende Sperrfilter F3 kann beispielsweise
aus einer Kombination von parallelgeschalteten Induktivitäten und Sapazitäten bestehen,
die auf die Frequenz der zu unterdrückenden Harmonischen abgestimmt ist. Ein ohmscher
Widerstand kann parallel zu diesem Resonanzkreis geschaltet sein, wie es in Fig.
5a dargestellt ist. Wie in Fig. 5b dargestellt, kann ein derartiger Hochfrequenzsperrfilter
auch aus einer Induktivität bestehen, der ein ohmscher Widerstand parallelgeschaltet
ist. Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 5c. In einem aus einer Induktivität und
einer Kapazität bestehenden Parallelresonanzkreis ist in Reihe zur Kapazität ein
ohmscher Dämpfungswiderstand eingeschaltet. ßperrfilter des in den Figuren 5b und
5c gezeigten Typs dämpfen auch Überspannungen, die durch Schaltvorgänge im Dreipl-
3ennetz hervorgerufen werden, und schützen die Drehstrom-Gleichstrsxüb¢rtragugsleitung
gegen Blitzachläge. Es ist
auch möglich, einen dei'aiQg-en Sperrfilter
aus einer Induktivität und einet dazu parallelgeschalteten Reihenschaltung aus einet
Falnazität; ind einer aus einer Induktivität und einem Widerstand bestehenden Parallelschaltung
aufzubauen. Ein derartiger Kreis ist in Fig. 5d dargestellt. Ein einfach aufgebauter
Sperrfilter kann, wie Fig. 5e zeigt, aus einer einzelnen Induktivität bestehen.
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Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel des als # -Glied aufgebauten
Filters für eine Phase. Die Sperrfilteranordnung F3 besteht beispielsweise aus zwei
in Reihe geschalteten Anordnungen, wie sie in Fig. 5b dargestellt sind. Der Parallelfilter
F1 enthält zwei parallel geschaltete Zweige, die jeweils aus einem Kondensator und
einer dazu in Reihe geschalteten Parallelanordnung aus einer Induktivität und einem
Widerstand bestehen, und die in Fig. 3c dargestellt sind.
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Der andere Parallelfilter F2 enthält im vorliegenden Beispiel nur
einen einzigen Zweig, der aus einer-Anordnung gemäß Fig. 3c besteht.
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Eine Anordnung zur Hochspannungs-Gleichstromübeftragung gemäß der
Erfindung eignet sich auch zur Verbesserung des Leistungsfaktors. Zu diesem Zweck
können an geeignet erscheinenden Punkten der Leitung Kondensatoren vorgesehen werden,
die den Strom kompensieren, der durch die induktiven Komponenten der Grundwelle
des Stromes hervorgerufen wird. Für die Grundfrequenz des Drehstromsysteme8 stellen
die Parallelfilterarme
Kapazitäten dar und die Reihen- oder Sperrfilterarme
eine Induktivität. Die Parallelfilterarme erzeugen somit eine Blindleistung, die
dem Quadrat der Leitungsspannung proportional ist, während die Reihen- bz-w. Sperrfilterarme
eine Blindleistung verbrauchen, die dem Quadrat des Leitungsstromes proportional
ist. Auch der Stromrichter selbst verbraucht Blindleistung. Die Größe dieser Blindleistung
hängt einmal vom Zündverzögerungswinkel des Stromrichters und zum anderen vom Gleichstrom
ab. Um den gewünschten hohen Leistungsfaktor für das System zu erhalten, kann eine
Parallelkapazität eingeschaltet werden, so daß bei Nennbetrieb, d.h. bei Nennspannung
und bei Nennstrom, die Gesauitblindleistung im Punkt S Null oder aber nahezu Null
ist. Diese Kapazität kann verteilt werden und in den Filteranordnungen mit eingebaut
werden, um die gewünschte Filterleistung zu garantieren. Es ist auch möglich, daß
eine in Reihe geschaltete Kapazität' die von der Induktivität der Reihen- bzw. Sperrfilterarme
verbrauchte Blindleistung kompensiert, ohne zum Filtern der Harmonischen beizutragen.
Wie in Fig. 9a dargestellt, kann also ein Kondensator C1 in den induktiven Zweig
einer gedämpften Parallel- L/C Kombination der in Fig. 5c gezeigten Art eingeschaltet
werden. Es ist auch möglich, den Kondensator zur Leistungsfaktorkorrektur des Grundwellenstromes
in Reihe mit der erwähnten L/C Kombination zu legen, wie es in Fig. 9b dargestellt
ist. Es ist bekannt, daß Kondensatoren, besonders solche, die in Reihenschaltungen
liegen, sehr leicht zerstört werden können, wenn der Strom einen vorher bestimmten
Wert überschreitet und somit auch die Spannung am
Kondensator entsprechend
ansteigt. Die Zerstörung des gondensators kann jedoch vermieden werden, wenn geeignete
Mittel vorgesehen werden, die den Kondensator bei Uberschreitung eines bestimmten
Stromes oder einer bestimmten Spannung automatisch überbrücken. Ganz allgemein enthält
eine derartige Schutzanordnung eine parallel zum Kondensator geschaltete Impedanz
Z, wie in Fig. 9c dargestellt. Im Normalbetrieb ist der Wert dieser Impedanz Z sehr
hoch, so daß dieser Nebenweg praktisch nicht leitend ist. Die Impedanz selbst oder
eine dazugehörige Steuereinrichtung spricht auf einen bestimmten Strom oder eine
bestimmte Spannung an und entlastet so den Kondensator, wenn die Spannung oder der
Strom des Kondensators einen bestimmten Höchstwert überschreitet. Diese Impedanz
kann beispielsweise aus einem nichtlinearen Element des ohmschen Typs bestehen oder
aus einer Funkenstrecke oder aus einer Kombination beider. Es ist auch möglich,
eine Impedanz zu verwenden, die nach Art einer sättigbaren Drossel aufgebaut ist.
Wenn die Daten der nichtlinearen Impedanz Z entsprechend gewählt wurdah ist es nicht
nur möglich, den Kondensator selbst vor f)berspannungen zu schützen, es ist auch
möglich die Höhe Jedes Fehlerstromes oder Jedes sonstigen Überstromes durch die
Reihen-bzw0 Sperrfilterarme F3 zu begrenzen. Auf dies Weise kann die Größe eines
eventuell auftretenden Fehlerstromes, der durch die Gleichrichterelemente des Stromrichters
fließt, beträchtlich herabgesstzt werden. Die Kosten für den Stromrichter werden
entsprechend reduziert. In vielen Fällen mag dies sogar der Hauptgrund für die Anwendung
eines solchen
nichtlinearen Nebenweges sein.
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Die Erfindung erschöpft sich nicht in den dargestellten Beispielen.
So ist es möglich, daß der Parallelfilter Fl in Fig. ó über eine Tertiärwicklung
des Transformators 2 angekuppelt wird. Es ist auch möglich, diesen Parallelfilter
an der Sekundärwicklung des Transformators 2 anzuschließen, die den Stromrichter
speist. Es ist auch möglich, in den Fällen, in denen der Reihen- bzw. Sperrfilter
aus mehreren in Reihe geschalteten Teilen besteht, die Parallelfilterarine an die
Verbindungspunkte anzuschließen.
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10 Seiten Beschreibung, 21 Patentansprüche und 3 Blatt Zeichnungen
mit 9 Figuren